Question

【題目】鐵在生產生活中應用十分廣泛．鐵的冶煉和利用已成為目前科學研究和技術領域中的重要課題．

一、生活中使用的防寒熱帖利用了鐵生銹原理，其工作過程中實現了由化學能轉化為 能．

二、鐵礦石冶煉成鐵是一個復雜的過程，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭和氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來，得到鐵合金．一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式為 ．

（1）甲同學為探究鐵合金中鐵的質量分數，先后進行了四次實驗（雜質不與稀硫酸反應），實驗數據如下表：

	第一次	第二次	第三次	第四次
所取合金的質量∕g	10	10	20	30
所加稀硫酸的質量∕g	100	120	80	X
生成氫氣的質量∕g	0.3	0.3	0.3	Y

請回答：上表第四次實驗中合金力的鐵恰好與稀硫酸完全反應，則Y= g，該鐵合金中鐵的質量分數是多少（寫出計算過程）？

（2）乙同學提出單質碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學方程式為 ，為什么工業上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？于是，他模擬工業煉鐵設計如下對比實驗（查閱資料獲知NaOH溶液可吸收CO2氣體）；

①取兩份相同質量的氧化鐵粉末．一份與足量的碳粉均勻混合放入下圖裝置A的硬質試管總；另一份放入下圖裝置B的硬質玻璃管中．

②裝置A和B兩組實驗同時開始進行．在裝置B的反應中，實驗開始前，先 （選填“通CO”或“加熱”）；實驗結束后，繼續通入CO直至冷卻至室溫．

此時，發現裝置B的硬質玻璃管中固體完全由 色變為 色，裝置A的硬質試管中仍有紅色固體．因而他認為焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，不易完全反應時工業上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個原因．

（3）丙同學經過查閱資料發現除了上述原因外，工業上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，試寫出其中的一個 ．

（4）丁同學利用圖B裝置，取不同質量的鐵的氧化物進行實驗．所得實驗數據如下：

實驗序號	鐵的氧化物質量/g	生成鐵的質量/g
1	4.00	2.81
2	8.00	7.62
3	10.00	7.01
4	12.00	8.42
5	14.00	9.81
6	16.00	11.22
7	18.00	12.63
8	20.00	14.03

從上表可以看出進行第2次實驗時，所得數據十分不可靠，故舍去．請分析造成此種結果的原因主要可能是 ．

Answer 1

【答案】一、熱．二、（1）0.9，84%；

（2）2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑；通CO，紅，黑；

（3）生鐵和焦炭都是固體，不易分離（4）反應時間太短．

【解析】一、生活中使用的防寒熱貼利用了鐵生銹原理，鐵生銹過程中實現了由化學能轉化為熱能，故填：熱．

二、一氧化碳還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；

（1）根據表格提供的數據可以看出，10g合金與80g硫酸是恰好完全反應，故上表第四次實驗中合金里的鐵恰好與稀硫酸完全反應，則30g合金生成氫氣的質量為0.9g；

設鐵的質量為x

Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑

56 2

x 0.9g

x=25.2g

該鐵合金中鐵的質量分數==84%；

（2）碳還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑；

②裝置A和B兩組實驗同時開始進行．在裝置B的發應中，實驗開始前，先通CO，排盡裝置內的空氣，防止加熱時產生爆炸；一氧化碳能與氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，會觀察到裝置B的硬質玻璃管中固體完全由紅色變為黑色；

（3）工業上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的原因還與焦炭的狀態有關，生鐵和焦炭都是固體，不易分離，故填：生鐵和焦炭都是固體，不易分離．

（4）丁同學利用圖B裝置，取不同質量的鐵的氧化物進行實驗．所得實驗數據如下：

實驗序號	鐵的氧化物質量/g	生成鐵的質量/g
1	4.00	2.81
2	8.00	7.62
3	10.00	7.01
4	12.00	8.42
5	14.00	9.81
6	16.00	11.22
7	18.00	12.63
8	20.00	14.03

進行第2次實驗時，所得數據過大，十分不可靠．造成此種結果的原因主要可能是反應時間太短，氧化鐵沒有全部被還原，故填：反應時間太短．